基于高速转镜的高分辨率干涉光谱仪非线性理论研究

介绍一种基于高速转镜的高分辨率光谱仪的原理,讨论了光程差的非线性与转镜转角θ、折射率n的关系,给出光程差的一般公式,并讨论了一般空间光线的光程差,及系统非线性变化规律.计算得到了使非线性最小的理想的材料折射率值,并通过计算机仿真,进行了验证.     

高速转镜干涉成像光谱仪的光程差分析

针对一种新的高速转镜干涉成像光谱仪的工作原理,给出其光程差的计算方法及结果.通过设定相关参量,重新构建光程差方程,并给出光程差在不同参量情况下的计算结果图,比较不同参量的影响.给出的光程差方程,为高速转镜干涉成像光谱仪的设计及获得的光谱图复原提供参量依据.     

反射转镜式干涉光谱仪光程差的一般表达式

对反射转镜式干涉光谱仪的原理进行了介绍,从马吕斯定律和角反射体的反射特性入手,选择转镜反射面的旋转中心作为入射光束和出射光束等波面的参考点,对反射转镜式干涉光谱仪的光程差进行了分析计算,给出反射转镜式干涉光谱仪任意时刻光程差及最大光程差的一般表达式,分析影响最大光程差和光程差变化周期的因素,为反射转镜式干涉光谱仪的设计与研制提供理论指导。     

转镜式傅里叶变换光谱仪光程差非线性的研究

转镜式傅里叶光谱仪中,转镜的转动形成光程差的非线性。光程差非线性是转镜材料和工作角选择时要考虑的重要因素,通过对它的研究,可以为工程实践提供指导,为进一步研究奠定基础。通过输入单色光时的情况对干涉图进行研究,发现光程差非线性使干涉图的周期发生变化;通过和光程差线性系统的仪器函数比较对复原光谱进行研究,发现非线性给复原光谱带来了噪声和波数漂移。由于光程差的变化是已知的,在光谱复原时,用非线性的光程差代替傅里叶变换中的光程差,就可以对光程差非线性进行补偿。计算机仿真实验的结果表明,这种方法效果明显,经补偿后复原光谱中光程差非线性带来的噪声基本消失。     

反射式转镜干涉光谱仪光程差计算

高分辨率反射式转镜干涉光谱仪是一种新型傅里叶变换光谱仪,它利用倾斜旋转镜的转动产生非线性的光程差(OPD).光程差的研究对于干涉光谱仪的性能指标分析、设计和研制具有重要意义.在介绍反射式转镜干涉光谱仪的原理基础上,描述了利用基于马吕斯定律的光线追迹法和基于镜面成像原理的像点法分析其光程差的方法.利用光线追迹法导出了任意...     

转镜式高灵敏度干涉光谱成像仪ROSI的设计方法

介绍了转镜式高灵敏度干涉光谱成像仪(ROSI)的设计计算方法,包括系统基本参量计算、光程差与干涉仪结构参量和转镜角度的关系以及转镜转速与探测器采样帧频的关系等,同时,分析了像点位移与探测器采样之间的失配问题,并给出了最小采样频率公式.     

反射转镜式干涉光谱仪光程差非线性修正方法比较

介绍了反射转镜式干涉光谱仪的原理。转镜的转动会导致光程差存在非线性问题,是转镜式干涉光谱仪普遍存在的问题。由于光程差的非线性会导致反演光谱的严重失真,因此需要对其进行修正处理。对非线性修正问题,目前常用的有光程差替换法、干涉图二次采样法和NUFFT法。实验结果证明,NUFFT法和光程差替换法运算精度较高,相对偏差优于0.13%,NUFFT法精度又略高于光程差替换法;在运行效率上,NUFFT法运行速度最快,其次为光程差替换法。由于干涉图本身是一个剧变信号(特别是在零光程差附近),不适合进行多项式拟合,所以干涉图二次采样法运算精度最低,另外,由于干涉图二次采样法需要做分段拟合运算,所以运行效率也最低,从而可以认为NUFFT方法是目前最适用于反射转镜式干涉光谱仪非线性采样误差修正的方法。     

摆镜扫描傅里叶变换光谱仪光程差计算

摆镜扫描傅里叶变换光谱仪利用摆动扫描方式产生光程差,减小了因动镜倾斜带来的误差影响。从摆扫干涉光谱技术原理出发,对摆镜扫描傅里叶变换光谱仪的光程差进行理论分析,给出了光程差计算表达式,实验结果表明:该光谱仪光程差近似正比于摆动角度。分析了轴外光线因不同入射角所产生的附加光程差,为傅里叶变换光谱仪的指标确定和优化设计提供了理论依据。     

猫眼动镜横移误差容限及次镜倾斜分析

介绍了猫眼动镜干涉光谱仪的基本原理和三种猫眼镜,分析了猫眼动镜的横向偏移对干涉图的影响,推导了横移所产生的最大附加光程差公式,从相位误差角度给出了猫眼动镜的横移误差容限公式并得到了在典型参量下的定量数据.分析了猫眼镜次镜倾斜对光程差的影响,导出了次镜倾斜所产生的最大附加光程差公式,并给出了在典型参量下最大附加光程差与次镜倾角之间的关系图.     

便携式高速FTIR旋转式干涉仪数值模拟仿真分析

旋转式干涉仪可实现便携式傅里叶红外光谱仪的小型化设计,同时可提供高速光谱输出,但其光程差存在非线性问题。本文详细分析了便携式傅里叶转换红外光谱(FTIR)旋转式干涉仪结构,建立参考坐标系,根据几何光学原理推导了转镜转动光程差方程,并进行了数值模拟仿真分析,阐明了干涉仪光程差与转镜厚度、折射率和转角参数间的设计关系。采用无参考激光采样方式,利用多项式拟合光程差与转角的非线性关系,获得等光程差对应的时间非均匀关系,从而实现非等时间下的等光程差采样。相比等时间采样方式光程差速度的不稳定度降低为原来的1/5.3,这为转镜的速度控制提供更大不稳定裕度,同时也提高了FTIR的抗振能力。该数值模拟仿真分析结果为实现无参考激光的便携式高速FTIR的设计参数确定和优化提供数据支持和理论依据。     

使用红外干涉仪测量红外材料折射率

使用自行研制的泰曼型红外干涉仪测量红外材料的折射率.在干涉仪的测试臂中加一个旋转台,将被测件放在旋转台上旋转,在旋转过程中经过被测件的光程发生改变,导致干涉条纹发生移动,通过测量条纹的移动数和被测件的旋转角度来计算出被测件的折射率.测量结果显示,25 °C时在10.6 μm波段处锗单晶的折射率为4.003,硫系玻璃锗砷硒（GeAsSe）的折射率为2.494.折射率测量的误差在10－3量级,增加被测件的厚度会进一步提高折射率的测量准确度,待测红外材料的折射率越低,测量准确度越高.     

猫眼逆反射器的设计与优化

按双半球结构设计了猫眼逆反射器，并指出当折射率n＝2时，猫眼可以设计成一个完整的球体。详细研究了猫眼逆反射器的各种因素对光路光程的影响，指出加工时必须要控制两半球的对心偏差（包括胶合厚度偏差）。对猫眼返回光束的发散角进行了研究，详尽讨论了返回光线的发散角与球半径、材料折射率以及入射高度的关系。以猫眼返回光束的发散角最小为优化目标进行了优化设计，并给出猫眼的最佳设计参量。     

Optical monitoring of glucose concentration

A device for the monitoring of blood glucose levels is investigated. It measures the sugar concentration using the effect of the glucose on the optical refractive index. Light is transmitted along an optical fibre, and, as most of the internal rays are incident at the fibre surface at an angle less than the critical angle, the refractive index of the surrounding liquid can be calculated. The device can measure glucose concentrations with a sensitivity of better than 0.1%.     

光束通过三棱镜的偏折情况再探讨

针对本科教学中学生关于三棱镜对光束偏折情况提出的疑惑,对光束通过三棱镜的多种偏折情况进行了详细分析,讨论了入射角、折射率、棱镜顶角对出射光线偏折方向的影响,给出了三棱镜的顶角和折射率的取值范围以及入射角的取值范围对光线是否能从出射边界射出,以及出射光线的偏折方向的影响,进一步讨论了光束的偏向角与三棱镜各参数之间的关系,给出了确定最小偏向角的简单方法.     

Experimental studies of polarization of laser radiation in a rotating optical glass

The results of experiments on observation of rotation of the plane of polarization of coherent laser radiation with wavelength λ = 0.632991 μm after propagation through a rotating optical disk made of TF3 glass with refractive index n = 1.71250 are analyzed. The experiments were conducted at angle of ray incidence on the flat disk surface ?₀ = 60°, and the rotational speed of the disk was varied from 0 to 200 Hz in both directions. The results indicate that rotation of optically transparent, homogeneous, and isotropic dielectric causes rotation of linear polarization of the monochromatic electromagnetic plane wave by several tens of degrees. At a rotational speed of 3 Hz, the rotation of polarization reached Δφ = 70° for the vertical component of laser output polarization. The dependences of the angle of rotation of polarization and the degree of polarization of the rays on rotational speed are nonlinear and are attributed to the appearance of substantial anisotropic properties in a rotating dielectric.     

基于折射率梯度门限的气动光学窗口光传输研究

基于流场界面厚度（Interfacial—Fluid—Thickness,IFT）理论,建立了高折射率梯度门限模型来研究气动光学窗口光传输畸变。首先在光学窗口折射率梯度场基础上,提出高折射率梯度门限,忽略绝对值低于该门限的折射率梯度值,重构折射率场,并对其气动光学传输效应进行仿真。结果表明,当58．37％的梯度值被忽略时,得到的重构折射率场与原折射率场仿真光程差（OPD）最大相对误差不超过1．5％,验证了气动光学窗口高折射率梯度区域是产生光传输畸变的主要原因,也证实了该门限模型对气动光学窗口光传输效应进行仿真的可行性,对气动光学失真的机理、预测及校正有一定的指导意义。     

光波导技术同步测量棱镜及波导薄膜参数

依据全反射理论和棱镜耦合原理,实现了对棱镜折射率及波导薄膜材料折射率和厚度的同步测量。使用高准直半导体激光器激光入射到棱镜内部与波导膜的分界面上,逐步旋转棱镜或改变棱镜的入射角,得到棱镜耦合M线,曲线前面几组的波谷为波导模激发,在M线左侧收尾处有一个不完整波峰,其反射光强随入射角迅速衰减,为全反射时的临界点,由此可实现棱镜及波导薄膜参数的同步测量;用此法测量了棱镜耦合一体化平面波导棱镜的折射率和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物波导薄膜的折射率和厚度。测量棱镜折射率精度为±1.9×10-4,波导薄膜折射率和厚度的精度分别为±6.2×10-4 μm和±1.6×10-2 μm。     

All angle negative refraction with the effective phase index of-1

We theoretically studied a left-hand structure based on a two-dimensional (2D) photonic crystal (PC)with a negative refractive index. The propagation of electromagnetic waves in the proposed PC structure is investigated through dispersion characteristic analysis and numerical simulation of field pattern. The designed PC structure can exhibit all angle negative refraction, and the corresponding effective refractive indices along all directions are almost same and close to the ideal value of -1. A flat lens formed from such a PC has been designed and its imaging properties have been investigated systematically.